CN111363388A - 一种无机保温涂料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及保温涂料技术领域，具体涉及一种无机保温涂料及其制备工艺，包括下述重量百分比的组分：硅酸钙12%‑18%、玻璃微珠4%‑8%、硅气凝胶2.5%‑5.5%、云母粉20%‑28%、硅溶胶21%‑29%、丙烯酸树脂3%‑6%、分散剂0.55%‑1.00%、纤维素0.10%‑0.45%及去离子水15%‑25%。本发明通过采用蜂窝状无机材料，通过增加空隙率，阻止热传导，使得涂料的低导热系数大幅降低，且采用无机材料，环保性较好，并且该保温涂料的制备工艺简单，并通过控制各组分的加入顺序，可使保温涂料中各组分可形成逐层包裹的空间结构，有效阻断热量的传递，使得制得的涂料具有较好的保温隔热性能。
Description
技术领域
本发明涉及保温涂料技术领域，具体涉及一种无机保温涂料及其制备工艺。
背景技术
随着人们环保意识的提高，如何解决建筑物内外保温，降低能源消耗，是一个急需解决的问题。而现有材料一般采用厚浆型，不仅施工成本高，而且材料利用率低，保温效果不理想。而保温涂料在建筑表面使用可有效降低建筑物表面及内部的温度，缓解建筑物表面温度变化，不仅对建筑物有良好的保护作用，而且大大减少了建筑内空调的使用，对于改善生活环境和节约能源有着重要的意义。
目前，保温涂料已经应用在住宅、写字楼、机场、彩钢板房、钢结构厂房等各种建筑物上，并且收到了良好的效果。
随着技术的不断发展，尤其是人们对环保节能型建筑物追求越来越高，相应的，对保温隔热涂料就提出了越来越高的要求。因此，对保温隔热涂料的研究与开发就具有现实的积极意义。
如何开发出具有极低导热系数和良好的保温隔热效果的涂料成为国内外涂料从业者的企业的研究热点。例如，在中国专利CN1990799A中公开了“高温隔热涂料”，它以耐热树脂为基料，以中空微球及纳米多孔性填充物为隔热材料，制备出性能较好的隔热涂料。但是该隔热涂料较多使用中空微珠使得漆膜的表面不平整，并且影响到涂料附着力，而且导热系数也会比较大。
而在中国专利CN101230223A中公开了“一种真空微珠超薄隔热涂料及其制备方法”，主要由重量%比为：氟碳树脂10-15%，丙烯酸树脂15-25%，聚氨酯树脂10-15%，助剂1-3%，添加剂5-10%，颜料5-25%，体质原料20-30%组成，通过以氟碳树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂为成膜物，以真空微珠为填充物制备隔热涂料，具有较好的耐候性，但其隔热效果一般，且较多使用树脂类物质，环保性不佳，难以满足要求。
鉴于现有技术的情况，申请人通过大量试验和研究，提供一种无机保温涂料及其制备工艺，通过采用蜂窝状无机材料，通过增加空隙率，阻止热传导，使得涂料的低导热系数大幅降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无机保温涂料，解决了现有技术中保温涂料保温效果不足的问题，通过采用蜂窝状无机材料，通过增加空隙率，阻止热传导，使得涂料的低导热系数大幅降低，且采用无机材料，环保性较好，并且该保温涂料的制备工艺简单，并通过控制各组分的加入顺序，可使保温涂料中各组分可形成逐层包裹的空间结构，有效阻断热量的传递，使得制得的涂料具有较好的保温隔热性能。
为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
一种无机保温涂料，包括下述重量百分比的组分：
硅酸钙 12%-18%；
玻璃微珠 4%-8%；
硅气凝胶 2.5%-5.5%；
云母粉 20%-28%；
硅溶胶 21%-29%；
丙烯酸树脂 3%-6%；
分散剂 0.55%-1.00%；
纤维素 0.10%-0.45%；
去离子水 15%-25%。
作为本发明的优选方案，包括下述重量百分比的组分：
硅酸钙 15%；
玻璃微珠 6%；
硅气凝胶 4%；
云母粉 24%；
硅溶胶 25%；
丙稀酸树脂 5%；
分散剂 0.75%；
纤维素 0.25%；
去离子水 20%。
作为本发明的优选方案，所述硅酸钙为蜂窝状硅酸钙，其比表面积为150cm2/g，蜂窝状微孔尺寸为100μm -160μm。
作为本发明的优选方案，所述玻璃微珠为中空状玻璃微珠，其粒径为40μm -70μm，导热系数为0.02-0.08 W/(m·K)。
作为本发明的优选方案，所述硅气凝胶的粒径为5μm-20μm，导热系数为0.009-0.012 W/(m·K)。
作为本发明的优选方案，所述硅溶胶是SiO2含量为35％的碱性硅溶胶。
作为本发明的优选方案，所述分散剂为为聚羧酸钠盐型。
另外，本发明还提供了上述无机保温涂料的制备工艺，包括如下步骤：
（1）按重量配比分别称取纤维素及2/3去离子水，并将纤维素投入到去离子水中，搅拌分散15-25min后，再加入分散剂，得到混合物A；
（2）向步骤（1）中的混合物A中加入3/5气凝胶，搅拌分散12-18min，得到混合物B；
（3）向步骤（2）中的混合物B中加入余下1/3去离子水、2/5气凝胶及玻璃微珠，在转速1200-1500rpm条件下，分散15-20min，得到混合物C；
（4）再将硅酸钙、云母粉依次加入到混合物C中，搅拌15-25min后，用细度栝板检测；
（5）当检测的细度在20-30μm时，将转速降低至600rpm，再依次加入硅溶胶和丙烯酸树脂，搅拌5-10min，即得无机保温材料。
作为本发明的优选方案，所述步骤（1）中搅拌分散的转速为400-500rpm。
作为本发明的优选方案，所述步骤（2）中搅拌分散的转速为700-800rpm。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果为：
本发明解决了现有技术中保温涂料保温效果不足的问题，通过采用蜂窝状无机材料，通过增加空隙率，阻止热传导，使得涂料的低导热系数大幅降低，且采用无机材料，环保性较好，并且该保温涂料的制备工艺简单，并通过控制各组分的加入顺序，可使保温涂料中各组分可形成逐层包裹的空间结构，有效阻断热量的传递，使得制得的涂料具有较好的保温隔热性能；
另外，本发明选用蜂窝状硅酸钙作为载体材料，并形成蜂窝状硅酸钙、玻璃微珠及硅气凝胶粒径逐次减小顺序，使得玻璃微珠可以填充于载体蜂窝状硅酸钙内，以及硅气凝胶填充于玻璃微珠之间的间隙内，从而实现最大的堆积密度，层层包裹、规则、整齐到的空间结构，可进一步了增加了涂料空隙率，阻止热传导，降低涂料导热系数；
并且硅气凝胶具有极低的热导率，拥有的纳米级孔隙能有效抑制气体分子对热量的传导，并通过将其填充于玻璃微珠之间，从而可有效阻断保温涂料的热传递，使得保温涂料的低导热系数大幅降低；
而加入的云母粉由于粒径较少，可均匀填充于蜂窝状硅酸钙、玻璃微珠及硅气凝胶形成的空间结构中，使得本发明的涂料在涂刷时涂层更加均匀；
另外，加入的丙烯酸树脂与硅溶胶可保证涂料体系的空隙率，同时，可使涂料具有较好的成膜性和稳定性。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本实施例的无机保温涂料由以下重量百分比的组分组成：
硅酸钙 15%
玻璃微珠 6%
硅气凝胶 4%
云母粉 24%
硅溶胶 25%
丙稀酸树脂 5%
分散剂 0.75%
纤维素 0.25%
去离子水 20%
本实施例的无机保温涂料的制备工艺如下：
（1）按重量配比分别称取纤维素及2/3去离子水，并将纤维素投入到去离子水中，在450rpm下搅拌分散20min后，再加入分散剂，得到混合物A；
（2）向步骤（1）中的混合物A中加入3/5气凝胶，在750rpm下搅拌分散15min，得到混合物B；
（3）向步骤（2）中的混合物B中加入余下1/3去离子水、2/5气凝胶及玻璃微珠，在转速1350rpm条件下，分散18min，得到混合物C；
（4）再将硅酸钙、云母粉依次加入到混合物C中，搅拌20min后，用细度栝板检测；
（5）当检测的细度在20-30μm时，将转速降低至600rpm，再依次加入硅溶胶和丙烯酸树脂，搅拌7min，即得无机保温材料。
将本实施例的保温涂料涂刷在建筑物的表面，涂覆厚度为1.0毫米，干燥后，形成保温涂层，采用 EN12664 测定法测试本实施例的保温涂层的热导率，其中，热导率直接反应了保温涂层的隔热保温效果，本实施例的保温涂料制备形成的保温涂层的热导率见表1。
根据GB/23415-2009的防水涂料国家标准测试本实施例的保温涂层的防水效果，其中，本实施例的保温涂层的防水性能，见表1。
实施例2
本实施例的无机保温材料由以下重量百分比的组分组成：
硅酸钙 13%
玻璃微珠 6%
硅气凝胶 5%
云母粉 26%
硅溶胶 21%
丙烯酸树脂 4.8%
分散剂 0.85%
纤维素 0.35%
去离子水 23%
本实施例的无机保温涂料的制备工艺如下：
（1）按重量配比分别称取纤维素及2/3去离子水，并将纤维素投入到去离子水中，在400rpm下搅拌分散25min后，再加入分散剂，得到混合物A；
（2）向步骤（1）中的混合物A中加入3/5气凝胶，在700rpm下搅拌分散18min，得到混合物B；
（3）向步骤（2）中的混合物B中加入余下1/3去离子水、2/5气凝胶及玻璃微珠，在转速1200rpm条件下，分散20min，得到混合物C；
（4）再将硅酸钙、云母粉依次加入到混合物C中，搅拌25min后，用细度栝板检测；
（5）当检测的细度在20-30μm时，将转速降低至600rpm，再依次加入硅溶胶和丙烯酸树脂，搅拌5min，即得无机保温材料。
将本实施例的保温涂料喷涂在建筑物的表面，涂覆厚度为1毫米，干燥后，形成保温涂层，采用实施例1的测试方法得到本实施例的保温涂料制备形成的保温涂层的热导率见表1。
采用实施例1相同的测试方法得到本实施例的保温涂层的防水性能见表 1。
实施例3
本实施例的无机保温涂料由以下重量百分比的组分组成：
硅酸钙 16%
玻璃微珠 5%
硅气凝胶 3.5%
云母粉 24%
硅溶胶 23%
丙烯酸树脂 4.5%
分散剂 0.65%
纤维素 0.35%
去离子水 23%
本实施例的无机保温涂料的制备工艺如下：
（1）按重量配比分别称取纤维素及2/3去离子水，并将纤维素投入到去离子水中，在500rpm下搅拌分散15min后，再加入分散剂，得到混合物A；
（2）向步骤（1）中的混合物A中加入3/5气凝胶，在800rpm下搅拌分散12min，得到混合物B；
（3）向步骤（2）中的混合物B中加入余下1/3去离子水、2/5气凝胶及玻璃微珠，在转速1500rpm条件下，分散15min，得到混合物C；
（4）再将硅酸钙、云母粉依次加入到混合物C中，搅拌25min后，用细度栝板检测；
（5）当检测的细度在20-30μm时，将转速降低至600rpm，再依次加入硅溶胶和丙烯酸树脂，搅拌10min，即得无机保温材料。
将本实施例的保温涂料喷涂在建筑物的表面，涂覆厚度为1毫米，干燥后，形成保温涂层，采用实施例1的测试方法得到本实施例的保温涂料制备形成的保温涂层的热导率见表1。
采用实施例1相同的测试方法得到本实施例的保温涂层的防水性能见表 1。
实施例4
本实施例的无机保温涂料由以下重量百分比的组分组成：
硅酸钙 14%
玻璃微珠 7%
硅气凝胶 5.5%
云母粉 27%
硅溶胶 22%
丙烯酸树脂 3.5%
分散剂 0.85%
纤维素 0.15%
去离子水 20%
本实施例的无机保温涂料的制备工艺如下：
（1）按重量配比分别称取纤维素及2/3去离子水，并将纤维素投入到去离子水中，在450rpm下搅拌分散22min后，再加入分散剂，得到混合物A；
（2）向步骤（1）中的混合物A中加入3/5气凝胶，在750rpm下搅拌分散17min，得到混合物B；
（3）向步骤（2）中的混合物B中加入余下1/3去离子水、2/5气凝胶及玻璃微珠，在转速1300rpm条件下，分散18min，得到混合物C；
（4）再将硅酸钙、云母粉依次加入到混合物C中，搅拌22min后，用细度栝板检测；
（5）当检测的细度在20-30μm时，将转速降低至600rpm，再依次加入硅溶胶和丙烯酸树脂，搅拌8min，即得无机保温材料。
将本实施例的保温涂料喷涂在建筑物的表面，涂覆厚度为1毫米，干燥后，形成保温涂层，采用实施例1的测试方法得到本实施例的保温涂料制备形成的保温涂层的热导率见表1。
采用实施例1相同的测试方法得到本实施例的保温涂层的防水性能见表 1。
实施例5
本实施例的无机保温涂料由以下重量百分比的组分组成：
硅酸钙 17%
玻璃微珠 4.5%
硅气凝胶 3.0%
云母粉 25.5%
硅溶胶 27%
丙烯酸树脂 5.5%
分散剂 0.55%
纤维素 0.45%
去离子水 16.5%
本实施例的无机保温涂料的制备工艺如下：
（1）按重量配比分别称取纤维素及2/3去离子水，并将纤维素投入到去离子水中，在480rpm下搅拌分散18min后，再加入分散剂，得到混合物A；
（2）向步骤（1）中的混合物A中加入3/5气凝胶，在770rpm下搅拌分散16min，得到混合物B；
（3）向步骤（2）中的混合物B中加入余下1/3去离子水、2/5气凝胶及玻璃微珠，在转速1400rpm条件下，分散16min，得到混合物C；
（4）再将硅酸钙、云母粉依次加入到混合物C中，搅拌24min后，用细度栝板检测；
（5）当检测的细度在20-30μm时，将转速降低至600rpm，再依次加入硅溶胶和丙烯酸树脂，搅拌9min，即得无机保温材料。
将本实施例的保温涂料喷涂在建筑物的表面，涂覆厚度为1毫米，干燥后，形成保温涂层，采用实施例1的测试方法得到本实施例的保温涂料制备形成的保温涂层的热导率见表1。
采用实施例1相同的测试方法得到本实施例的保温涂层的防水性能见表 1。
对比例1
本对比例的无机保温涂料由以下重量百分比的组分组成：
普通硅酸钙 17%
玻璃微珠 4.5%
硅气凝胶 3.0%
云母粉 25.5%
硅溶胶 27%
丙烯酸树脂 5.5%
分散剂 0.55%
纤维素 0.45%
去离子水 16.5%
本对比例的无机保温涂料的制备工艺如下：
（1）按重量配比分别称取纤维素及2/3去离子水，并将纤维素投入到去离子水中，在480rpm下搅拌分散18min后，再加入分散剂，得到混合物A；
（2）向步骤（1）中的混合物A中加入3/5气凝胶，在770rpm下搅拌分散16min，得到混合物B；
（3）向步骤（2）中的混合物B中加入余下1/3去离子水、2/5气凝胶及玻璃微珠，在转速1400rpm条件下，分散16min，得到混合物C；
（4）再将硅酸钙、云母粉依次加入到混合物C中，搅拌24min后，用细度栝板检测；
（5）当检测的细度在20-30μm时，将转速降低至600rpm，再依次加入硅溶胶和丙烯酸树脂，搅拌9min，即得无机保温材料。
将对比例1的保温涂料涂刷在建筑物的表面，涂覆厚度为1.0毫米，干燥后，形成保温涂层，采用实施例1的测试方法得到对比例1的保温涂料制备形成的保温涂层的热导率见表1。
采用实施例1相同的测试方法得到对比例1的保温涂层的防水性能见表1。
对比例2
本对比例的无机保温涂料由以下重量百分比的组分组成：
普通硅酸钙 17%
玻璃微珠 4.5%
硅气凝胶 3.0%
云母粉 25.5%
硅溶胶 27%
丙烯酸树脂 5.5%
分散剂 0.55%
纤维素 0.45%
去离子水 16.5%
其中，蜂窝状硅酸钙、玻璃微珠及硅气凝胶的粒径均为60-90μm。
本对比例的无机保温涂料的制备工艺如下：
（1）按重量配比分别称取纤维素及2/3去离子水，并将纤维素投入到去离子水中，在480rpm下搅拌分散18min后，再加入分散剂，得到混合物A；
（2）向步骤（1）中的混合物A中加入3/5气凝胶，在770rpm下搅拌分散16min，得到混合物B；
（3）向步骤（2）中的混合物B中加入余下1/3去离子水、2/5气凝胶及玻璃微珠，在转速1400rpm条件下，分散16min，得到混合物C；
（4）再将硅酸钙、云母粉依次加入到混合物C中，搅拌24min后，用细度栝板检测；
（5）当检测的细度在20-30μm时，将转速降低至600rpm，再依次加入硅溶胶和丙烯酸树脂，搅拌9min，即得无机保温材料。
将对比例2的保温涂料涂刷在建筑物的表面，涂覆厚度为1.0毫米，干燥后，形成保温涂层，采用实施例1的测试方法得到对比例1的保温涂料制备形成的保温涂层的热导率见表1。
采用实施例1相同的测试方法得到对比例2的保温涂层的防水性能见表1。
表1为实施例1-5及对比例1-2的保温涂料制备形成的保温涂层的热导率和防水性能。
表1
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 |
| 热导率（W/m·K) | 0.035 | 0.033 | 0.036 | 0.034 | 0.035 | 0.11 | 0.20 |
| 防水性能 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 | 通过 |
从表 1 中可以看出，实施例1-5的保温涂料形成保温涂层的热导率最多仅为0.036W/m·K，并且由对比例1-2可知，蜂窝状硅酸钙的增加以及将蜂窝状硅酸钙、玻璃微珠及硅气凝胶粒径设置成逐次减小顺序能够明显降低保温涂层的热传导率，显然，实施例1-5的保温涂层具有优异的隔热效果。
从表1中可以看出实施例1-5的保温涂料制备形成的保温涂层的防水性能，具有的防水效果。
综上所述，本发明的无机保温涂料的主要创新点如下：
1.本发明解决了现有技术中保温涂料保温效果不足的问题，通过采用蜂窝状无机材料，通过增加空隙率，阻止热传导，使得涂料的低导热系数大幅降低，且采用无机材料，环保性较好，并且该保温涂料的制备工艺简单，并通过控制各组分的加入顺序，可使保温涂料中各组分可形成逐层包裹的空间结构，有效阻断热量的传递，使得制得的涂料具有较好的保温隔热性能；
2.另外，本发明选用蜂窝状硅酸钙作为载体材料，并形成蜂窝状硅酸钙、玻璃微珠及硅气凝胶粒径逐次减小顺序，使得玻璃微珠可以填充于载体蜂窝状硅酸钙内，以及硅气凝胶填充于玻璃微珠之间的间隙内，从而实现最大的堆积密度，层层包裹、规则、整齐到的空间结构，可进一步了增加了涂料空隙率，阻止热传导，降低涂料导热系数；
3.并且硅气凝胶具有极低的热导率，拥有的纳米级孔隙能有效抑制气体分子对热量的传导，并通过将其填充于玻璃微珠之间，从而可有效阻断保温涂料的热传递，使得保温涂料的低导热系数大幅降低；
4.而加入的云母粉由于粒径较少，可均匀填充于蜂窝状硅酸钙、玻璃微珠及硅气凝胶形成的空间结构中，使得本发明的涂料在涂刷时涂层更加均匀；
5.另外，加入的丙烯酸树脂与硅溶胶可保证涂料体系的空隙率，同时，可使涂料具有较好的成膜性和稳定性。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种无机保温涂料，其特征在于，包括下述重量百分比的组分：
硅酸钙 12%-18%；
玻璃微珠 4%-8%；
硅气凝胶 2.5%-5.5%；
云母粉 20%-28%；
硅溶胶 21%-29%；
丙烯酸树脂 3%-6%；
分散剂 0.55%-1.00%；
纤维素 0.10%-0.45%；
去离子水 15%-25%。
2.根据权利要求1所述的无机保温涂料，其特征在于，包括下述重量百分比的组分：
硅酸钙 15%；
玻璃微珠 6%；
硅气凝胶 4%；
云母粉 24%；
硅溶胶 25%；
丙稀酸树脂 5%；
分散剂 0.75%；
纤维素 0.25%；
去离子水 20%。
3.根据权利要求1所述的无机保温涂料，其特征在于，所述硅酸钙为蜂窝状硅酸钙，其比表面积为150cm2/g，蜂窝状微孔尺寸为100μm -160μm。
4.根据权利要求1所述的无机保温涂料，其特征在于，所述玻璃微珠为中空状玻璃微珠，其粒径为40μm -70μm，导热系数为0.02-0.08 W/(m·K)。
5.根据权利要求1所述的无机保温涂料，其特征在于，所述硅气凝胶的粒径为5μm-20μm，导热系数为0.009-0.012 W/(m·K)。
6.根据权利要求1所述的无机保温涂料，其特征在于，所述硅溶胶是SiO2含量为35％的碱性硅溶胶。
7.根据权利要求1所述的无机保温涂料，其特征在于，所述分散剂为为聚羧酸钠盐型。
8.根据权利要求1-7任一项所述的无机保温涂料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按重量配比分别称取纤维素及2/3去离子水，并将纤维素投入到去离子水中，搅拌分散15-25min后，再加入分散剂，得到混合物A；
（2）向步骤（1）中的混合物A中加入3/5气凝胶，搅拌分散12-18min，得到混合物B；
（3）向步骤（2）中的混合物B中加入余下1/3去离子水、2/5气凝胶及玻璃微珠，在转速1200-1500rpm条件下，分散15-20min，得到混合物C；
（4）再将硅酸钙、云母粉依次加入到混合物C中，搅拌15-25min后，用细度栝板检测；
（5）当检测的细度在20-30μm时，将转速降低至600rpm，再依次加入硅溶胶和丙烯酸树脂，搅拌5-10min，即得无机保温材料。
9.根据权利要求8所述的无机保温涂料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（1）中搅拌分散的转速为400-500rpm。
10.根据权利要求8所述的无机保温涂料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（2）中搅拌分散的转速为700-800rpm。
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